有关科学探究学习的案例
例1烧杯中的溶液为什么会变红？(7-9'CHEM'C.1)
问题情景
教师在课堂上演示了一个有趣的实验：
在烧杯A中装入20mL蒸馏水，滴入2～3滴酚酞试剂。让每个同学都看到，得到的溶液是无色的。在烧杯B中装入10mL浓氨水。用一只大烧杯把A、B两烧杯溶液罩在一起（如右图）。过几分钟，同学们看到了小烧杯A中装的溶液变成红色。
上述现象说明了什么？请用简单的实验证明自己的解释。
提出假设
学生对上述现象的看法不一，可能提出如下的假设：
1.A烧杯内滴入的酚酞要过一会儿才能变色，与B烧杯无关；
2.大烧杯壁上沾有某种物质，散发出的肉眼看不见的微粒与A烧杯中的溶液接触，使其变红；
3.烧杯B中的浓氨水散发出一种肉眼看不见的微粒，慢慢溶解到烧杯A的溶液中，使A溶液变成红色。
……
实验探究
1.在洁净烧杯C中加入20mL蒸馏水，滴入2～3滴酚酞试剂。静置，观察现象；将其单独罩在大烧杯里，观察现象。
2.另取两只烧杯替代A和B。一只中的溶液与A相同，另一只蒸馏水代替浓氨水，如上图放好，观察现象。
3.小心闻烧杯B的浓氨水，嗅到刺激性气味。取出少量浓氨水注入试管中，滴入酞试剂，观察现象。
4.把烧杯B中的浓氨水滴入烧杯C中，观察现象。
……
获得结论
学生在讨论、交流基础上获得共识：
1.氨水能使酚酞溶液变红；
2.B烧杯浓氨水中有肉眼见不到的微粒逸出，有些微粒进入了烧杯A中的溶液，使溶液成分改变，颜色变红。
例2反应前后各物质的质量之和会发生变化吗？(7-9'CHEM'C.2)
提出问题
在一定条件下，反应物之间发生化学变化生成新的物质。那么，反应前后各物质的质量之和会不会发生改变？
作出假设
学生根据已有的化学知识和平时积累的经验，对"反应前后各物质的质量之和会不会发生改变"的问题，提出三种可能的假设：①增加；②减少；③不变。
收集证据
途径一，回忆已有知识：在化学变化中，元素和原子的种类不变，数目不变，原子的质量不变。
途径二，查阅资料：从波义耳的失误到拉瓦锡质量守恒定律的发现。
途径三，实验探究：根据提出假设的依据和已有的知识设计实验方案，分组实施实验，观测并记录实验数据。
实验方案可由学生自行设计，教师指导修改；或由教师设计，学生选择。
设计表格，填入预测结果、实际结果和有关的说明。
实验一：取一小截蜡烛粘在一小块木板上，将小木板和蜡烛一起放在托盘天平上，调节砝码，使天平达到平衡；点燃蜡烛，观察天平的平衡情况。
实验二：在小烧杯中加入20mL稀硫酸铜溶液，取一根铁钉用砂纸擦去铁锈，将盛有硫酸铜溶液的烧杯和铁钉一起放在托盘天平上称量，记录所称的质量W1。将铁钉浸到硫酸铜溶液中，观察实验现象，将盛有硫酸铜溶液和铁钉的烧杯放在托盘天平上称量，记录所称的质量W2，比较反应前后质量的变化。
学生对上述实验，可能产生如下的想法：
"蜡烛燃烧后质量减少，是由于生成的气体没有被称量所造成的"；
"铁与硫酸铜的反应质量不变，因为反应中既没有气体参加反应，又没有气体生成"；
"研究蜡烛燃烧反应的质量变化，应将参加反应的氧气和生成的二氧化碳、水一起称量"；
"如果把蜡烛放在一个集气瓶中点燃，塞上塞子再称，质量可能就不变了"；
"在密闭容器中进行实验，反应前后物质质量肯定不会发生变化"；
……
在师生充分讨论和分析的基础上，重新设计并完成有关实验。
得出结论
通过探究，学生得出了"化学反应前后各物质的质量总和保持不变"的结论。
几点说明
1.本探究是在教师指导下学生进行的课堂探究活动，收集证据有多种途径，在教学中根据实际情况选择。
2.实验探究是学习化学的重要方式，教师要做好组织和指导工作，确保实验能够顺利进行。
3.实验中反应前后物质的质量可用天平直接称出（有条件的学校，可选择精度较高的天平），也可以对质量的相对大小进行比较。
例3空气中二氧化碳的含量会改变吗？(7-9'CHEM'C.3)
发现问题
一般认为空气中二氧化碳约占空气总体积的0.03%。可是地球上存在许多能引起二氧化碳含量变化的因素。比如，许多动物（包括人）在生命活动过程中要消耗氧气，呼出二氧化碳气体；燃料燃烧会释放出大量的二氧化碳气体；绿色植物的光合作用要消耗二氧化碳气体……
在学习过程中，同学们自然会想到一个问题：上述因素会不会使空气中的二氧化碳含量发生变化？是变大还是变小？
我的猜想
同学们提出了多种猜想，对二氧化碳的变化结果作了预测：
1.空气中的二氧化碳含量会逐渐增高，人们所说的"温室效应"，就是例证。
2.二氧化碳气体的消耗和生成会保持平衡，空气中的二氧化碳含量不会变化。不然，空气成分就不会保持恒定。
3.在不同地段环境、不同的时间里，某个区域空气中二氧化碳含量可能会发生波动，但由于空气的流动，空气中二氧化碳的含量总体变化不大。
4.二氧化碳含量白天低，晚上高。
……
设计方案
选定几个地段，在不同时间里测定空气中的二氧化碳相对含量，通过比较和分析，找出符合实际的答案。
建议
1.选择的地段可以是：空旷地区或海边、山顶，学校通风较好的教室，刚下课后窗户紧闭的教室，通风不好的正开大会的会场，树木较多的野外，种植花草或蔬菜的温室或学校的植物园等。选择的时间段可以是：阳光明媚的白天、夜晚、清晨等。
2.二氧化碳相对含量的测定
①取一只800mL烧杯，装入约400mL蒸馏水，滴入3～5滴酚酞指示剂，一边搅拌，一边慢慢滴入几滴稀氨水，使溶液呈浅红色。把得到的溶液保存在密闭的细口试剂瓶里。从试剂瓶中取出约10mL溶液，通过玻管向溶液中吹气，溶液的红色会很快褪去。
②用50mL注射器吸取上面配制的溶液10mL，在一个空旷的地段（如操场）抽气到50mL刻度处，用食指堵住注射器的吸入口，用力震荡注射器2～3分钟，然后将注射器吸入口向上，小心将余气排出（不要把溶液排出）。再重复上述操作若干次，直至注射器内溶液红色恰好褪去。记下抽气的次数。
③用操作②同样的方法，在选定的其他地段进行测定，分别记下抽气的次数。
④把测定的数据记录在下表中，并用空旷地段空气中二氧化碳的体积含量（以0.03%计）作为比较标准，求出各地段空气中二氧化碳的体积含量。（抽气次数和空气中二氧化碳的体积含量成反比。）
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编号 |
取样地点 |
取样时间 |
抽气次数n |
空气中二氧化碳的体积含量 |
你的探究结论与预测结果的比较 |
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0 |
空旷地段 |
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0.03% |
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1 |
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2 |
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3 |
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探究过程
按设计的方案，分小组分别测定各个测定点的空气中二氧化碳的相对含量。测定后要检查得到的数据中，有没有因操作不当使测得的数据不可靠，如果有，应重新测定。
对得到的数据进行简单的数学处理，交流各自的结论，在讨论的基础上作出合理的解释。
几点说明
1.本案例倡导勇于质疑、勤于思考的精神；指导学生运用已学化学知识和技能方法解决新的、较为复杂的化学问题。
2.应注重对学生在探究实践中的表现进行评价。如参与探究活动的积极性、主动性，求真务实的科学态度和合作精神等。
3.本探究活动具有开放性，过程和结论不求唯一。教师要关注学生对空气中二氧化碳含量变化所作出的猜想和对探究结论给出的合理说明。
4.学生测定的空气中二氧化碳体积相对含量的数值，因测定的时间、地点不同，可能比较接近，也可能有较大差距。 例4 怎样防止自行车棚锈蚀？
探究的问题
学校（或社区、乡村）内的自行车防雨棚采用了钢架结构，但使用不久就会生锈。为了使它有比较长的使用寿命，需要采取防锈措施。请同学们思考：怎样应用有关金属锈蚀的知识来防止自行车棚的钢架锈蚀呢？
我的假设
车棚钢架锈蚀的主要原因是：--、--、--、--……
我的方案
针对这些原因采取下列措施，可以防止车棚钢架锈蚀：
1.--------
2.--------
3.--------
……
探究过程建议
1.查阅有关钢铁锈蚀原因和防护方法的资料，在此基础上初步考虑可以采取的防锈措施，整理成参考材料并与同学进行交流和讨论。
2.考察同类车棚的防锈方法及其效果，向有经验的人征求意见，在此基础上写成考察报告。
3.设计几种方案，根据某些指标比较这些方案的优缺点，然后确定一个比较好的方案。
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主要步骤和方法 |
方案1 |
方案2 |
方案3 |
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防锈材料成本估算 |
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施工人力成本估算 |
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有效防锈期估计 |
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综合评价优劣排序 |
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几点说明
1.本课题是一项实践性很强的探究活动，要求学生单独或以小组形式进行实地考察，结合成本核算和效果分析获得可行的方案。
2.如果没有适当的自行车棚，可选择类似的需要做防锈处理的农具棚、候车棚、露天铁架或者家用铁器等替代，并写出有关的研究报告。
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